基于人机工程学课程设计-桌椅人机设计.docx

基于人机工程学2017年12月目录第1章 绪论21.1 引言21.2 人机工程概述31.3人机工程学的国内外发展状况31.4人机工程主要研究的问题：3第2章 电脑椅的设计调研42.1 电脑椅市场分析4第3章 电脑椅设计53.1电脑椅设计分析53.1.1 坐高53.1.2 坐深53.1.3 坐宽53.1.4 靠背高度63.1.5 扶手63.2方案构思与分析63.3 设计方案及说明7相关尺寸9设计分析9第4章电脑桌的设计10参考文献12第5章 设计小结13附录一装配图14附录二桌子零件图15附录三椅子零件图16附录四说明书17附录五宣传海报18摘 要对腰部的保护不论在办公室还是在家里，坐在电脑前不挪窝地连续作战是很多年轻人的习惯。时间长了，就会出现眼睛模糊、腰酸背疼等毛病，这是因为如果电脑椅与办公桌高度不够匹配，很容易对眼睛和关节造成伤害。本次课题从解决问题出发，为迎合广大顾客的需求（材质、外形、价格等），更基于人机工程学设计出一款让人工作不再是受罪，坐着确实是休息，让人们爱上使用电脑，更爱上自己的工作。关键词 ：电脑椅;电脑桌；设计;人机工程第1章 绪论1.1 引言 随着社会发展，电脑几近成为大部分家庭的必备品。针对目前市场上电脑桌椅在设计中存在的一些问题和缺陷及其对健康的种种不良影响我从人机工程度学角度出发对电脑操作时的人体坐姿与支撑方式进行系统分析和研究的基础上，设计出了一种符合现代人办公和学习要求的新型全方位电脑桌椅。 当今时代，电脑在人们的生活、学习和工作中受到了越来越广泛的应用。电脑广泛进入了办公室、学校和家庭。电脑成为每个家庭中不可或缺得部分。然而在电脑带给人们方便快捷和高科技的同时，人们也越来越注意到它带来的许多负面影响。如在普通桌椅上操作电脑，人的手腕和前臂是悬空的，因而肌肉时刻处于紧张状态。此外电脑操作者长时间使用一种坐姿会使接触椅面的部位缺乏血液流通，并产生神经压迫感，从而造成身体的不适和精神上的疲惫。长期如此，容易诱发严重的职业病。且人们在使用电脑的时候，往往离电脑屏幕很近，大都是由于桌面宽度不够，使视距过短，容易产生视疲劳，对于视力健康不利。另外，一般人们书籍和电脑会同时使用，作为一个完整地书桌，需要满足多方面的需求，一般的电脑桌都只是由安放电脑的地方，没有设计专门的相应的书架和书桌，造成书本的随处乱放，寻找时间过多，降低工作效率。因此研究如何从人机工程学角度出发，分析设计合理的电脑椅，使其符合人体的生理、心理及解剖学特性，以提高人们在电脑作业时的舒适度和工作效率已成为当今家具设计领域的一个重大课题。 在漫长的家具发展历程中，对于家具的造型设计，特别是对人体机能的适应性方面，大多仅通过直觉的使用效果来判断，或凭习惯和经验来考虑，对不同用途、不同功能的家具，没有一个客观的科学的定性分析，甚至包括宫廷建筑家具，不管是欧洲国王，还是中国皇帝使用的家具，虽然精雕细刻，造型复杂，但在使用上都是不舒适甚至是违反人体机能的。办公椅最重要的因素就是“以人为本”，基于人本性的设计开发，从“机械设计”走向“生命设计”，用产品设计开发创造新生活。达宝利系列电脑椅、办公椅早已超越了单纯实用的需求层面，进一步以科学的观点，研究座椅与人体心理机能和生理机能的相互关系，达宝利的设计是建立在对人体的构造，尺度、体感、动作、心理等人体机能特征的充分理解和研究的基础上来进行的系统化设计。为了更好的改进设计符合人机工程的家庭电脑椅，首先需要对市面上现有的电脑椅存在的问题进行总结分析，进而再针对这些问题进行改进，以设计出符合人体生理、心理及解剖学特性的电脑椅。1.2 人机工程概述人机工程学是研究“人-机-环境”系统中人与机以及人与环境之间相互关系的学科。这里，“机”主要是指人造产品，包括用品、机械、界面乃至建筑等；“人”是这些产品的使用者和操作者；“环境”则包括影响人与产品发生作用的温度、湿度、照明和噪声等外部因素。1.3人机工程学的国内外发展状况1945年美国军方成立工程心理实验室。1949年英国成立人机工程研究会，次年成立世界第一个人类工效学会。1959年国际人类工效学协会正式成立。1975年国际标准化组织（ISO）成立了国际人机工程标准委员会。1981年我国成立中国人类工效学标准技术委员会，1991年成为国际人类工效学协会正式成员。1.4人机工程主要研究的问题：1）人机之间的分工与配合 在人机分工与协同工作中，首先，应该充分考虑人的生理和心理特点，使人与机充分发挥各自的特点与优势；其次，应该让机具更多地代替人的工作；最后，考虑经济上的投资与效益。2）机具如何能更适合于人的操作和使用，以提高人的工作效率，减轻人的疲劳和劳动强度。机具结构及操作要符合人的生理、心理规律及人的需要。3）人机系统的工作环境对操作者的影响，目的是使工作环境安全、舒适。4）人机之间的界面，信息传递以及控制器和显示器的设计。第2章 电脑椅的设计调研2.1 电脑椅市场分析 据文籍记载，椅子的名称始见于唐代，而椅子的形象则要上溯到汉魏时传入北方的胡床。到现在椅子的类型也是千变万化，有办公椅，酒店用椅，电脑椅等。电脑椅是专门为电脑工作者提供的一套舒适化办公设备，通常由滑轮和可转动椅面以及扶手组成，专业运用于电脑工作。网吧家具行业容量预测：据不完全估计，目前中国的网吧数量大约有二十多万家，每年还在以5%的速度增长，而网吧行业在这二十年至少是一个朝阳行业，就算美国，日本、韩国这些发达国家，他们的网吧数量也是呈几何数字发展的，何况信息远远落后于他们的中国、印度等人口大国，因此，可以断定，网吧行业是个不死的行业，至少这二十年是这样的。那对于网吧家具行业而言，随着网吧数量的增长，相应的网吧家具的市场容量也会随之增长。就以现有的网吧数量为例，二十万家网吧，每间网吧以平均150个位来计算，每套桌椅以人民币500元来算，则现有的市场容量为200000150500150亿，这还是保守估计，如按每年递增网吧数量5%来算，未来中国网吧桌椅行业容量更为惊人。这还没有计算诸如商务酒店、休闲厅、电教室等要使用网吧家具的容量。因此，电脑椅的发展前景甚为远大。第3章 电脑椅设计3.1电脑椅设计分析3.1.1 坐高 坐高是指坐板前沿高度，这个高度决定了椅子的舒适程度。根据人体工程学的理论，人体质量和压力的散布和紧张的松弛乃是获得舒适的基础。坐高的决定与人的小腿高度有密切关系，按照人体工学的基本原理，坐高应小于人体坐姿态时小腿肋窝到地面的高度，根据我国男性平均胭窝为408mm，女性为385mm，再加上2.5-3.5mm鞋的高度，则高为420-430mm，考虑到小腿的活动作地，一般采用400-410为宜。3.1.2 坐深坐深确定通常是根据人体大腿水平长度，即胭窝到臀部后端的距离作为依据，为养活小腿内侧受到压近或使靠背失去作用，坐位浓度实际尺寸还应减去椅座前沿到胭窝之间大约60mm的空隙，也就是坐深小于坐者大腿的长度，使膝下没有压力，为了使坐深设计得适合于多种人体尺寸的需要，下腿水平长度应取平均值。我国成年男女的大腿水平长度尺寸平均可取420mm，故一般常用的靠背椅坐深不宜大于420mm。3.1.3 坐宽 坐位宽度必须大于臀部的宽度，使身体改变姿势时有足够的移动空间，但坐宽过大两臂不能均匀地倚靠扶手，坐宽过窄没有横向挪支的作地，易产生促感，这样很容易产生疲劳。根据我国人体尺寸，一般靠背椅坐宽不应小于380mm,扶手椅不小于460mm。座必须有适宜的弧度或弹性，使全身压力不致集中在骨盆的承重尖端。3.1.4 靠背高度 靠背高度是指椅背上沿至椅背与坐面交接处的距离，是沿椅背平面中线测量的长度，靠背必须具有支持背部的作用，并且根据需要稍向后倾斜，以支持身体的质量，两者之间必须形成95度或更大的角度。3.1.5 扶手扶手是增加坐椅舒适性的补助支撑构件。扶手高度应与人体坐骨结节点到自然垂下的肘部下端的垂直距离相近，通常认为距坐面高240mm左右最为合适，并应与坐面平等。两扶手内侧距离在420-440之间，扶手前端应比后端稍宽，一般是两侧分另张开10度左右。我们从前人的研究基础上，可以得到很多的理论知识，从人类功效学数据可以看到一些有关设计椅子的原理，椅子的坐面应向后倾斜1424度（相对与水平面），以使臀部不向前移滑。靠背与坐面的夹角应在105110度。靠背与水平面的夹角应在110130度。靠背在相应腰的地方要鼓起，它距坐面的垂直高度从1018厘米。腰部凸起，可以减少脊椎后凸，并使脊柱尽量接近与自然状态。 本次设计的电脑椅可适合身高在 1.37 米2.06 米之间的人，坐在其上与坐在普通椅子上的高度完全一样，无论在办公室还是在家里，使用这种坐具都很合适。它使人们从长期坐旧式椅子所带来的腰背疾病痛苦中解脱出来，给人们以舒适感。3.2方案构思与分析 1.家具尺寸高度一定要有利于人体的健康。对于桌椅类的高度，国家已有标准规定。其中，桌类家具高度尺寸标准为 700 760mm 四个规格，椅凳类家具的座面高度为 400 440mm 三个规格。另外还规定了桌椅配套使用标准尺寸，桌椅高度差应控制在 280 320mm 范围内。 2.正确的桌椅高度应该能使人在坐时保持两个基本垂直，一是当两脚平放在地面时，大腿与小腿能够基本垂直，这时座面前沿不能对大腿下平面形成压迫。二是当两臂自然下垂时，上臂与小臂基本垂直，这时桌面高度应刚好与小臂下平面接触。这样就可以使人保持正确的坐姿和书写姿势。如果桌椅高度搭配得不合理会直接影响人的坐姿，不利于使用者的健康。为此，写字桌台面下的空间高不小于 580mm ，宽不小于 520 mm 。 3.对于涉及到的书柜类标准，搁板的层间高度不应小于 220mm。小于这个尺寸就放不进32开本的普通书籍。搁板层间高一般选择300350mm。 4.在普通桌椅上操作电脑，人的手腕和前臂是悬空的，因而肌肉时刻处于紧张状态。所以电脑桌椅在设计时，椅子的扶手与桌子的表面应该保持在同一水高度， 在操作电脑时，使人的前臂、手腕时刻处于受支撑的状态。 5.考虑人体尺寸差异，设计座面、靠背的高度应在一定范围内可调，桌椅尺寸应该满足不同人的要求，使不同的人在使用时都能感到舒适。 6.从人体生理特性上分析，人体在坐姿时，属于静态作业，而人体只有在不断活动中才能减少局部肌肉的持续收缩，从而减少背椎板的内压。所以，为减少身体的肌肉疲劳，电脑椅的设计应允许人体在工作中变换不同姿势，即处于相对的动态作业中。也就是说随着坐姿的变换，设计电脑椅的靠背倾角、座面倾角和座高等尺寸可相应调节。考虑作业时的不同姿势，随着坐姿的变换，靠背倾角尺寸可相应调节。 7.电脑桌面应该宽广，使视距保持在合理的范围内避免视距过短的普遍现象。8.电脑椅边部应圆弧型，防划伤，材料的使用应符合绿色环保可持续发展的原则。3.3 设计方案及说明 1.电脑椅依据人机工学原理设计，通过调整椅面的高度，椅子的扶手可以与桌子的表面保持在同一水高度，在操作电脑时，使人的前臂、手腕时刻处于受支撑的状态。因为在普通桌椅上操作电脑，人的手腕和前臂是悬空的，因而肌肉时刻处于紧张状态。有了合适的肘部支撑之后可以使人体保持合理的操作坐姿，即能采取直立或稍向前倾的坐姿，避免了弯腰驼背，对某些桌面作业还可以采用稍向后倾的坐姿，舒服地依靠在座椅的靠背上。操作者有多种可供选择的坐姿，可以经常变换姿势以减轻疲劳。合适的肘部支撑不仅使坐姿端正、稳定，同时也使桌面作业更加规范。使用者还可以根据需要调整椅子的倾斜角度。电脑椅最大限度地满足了人体对舒适度的需求，对手臂和身体起到了直接的保护作用。 2.人体在坐姿时，属于静态作业，而人体只有在不断活动中才能减少局部肌肉的持续收缩，从而减少背椎板的内压。所以，为减少身体的肌肉疲劳，电脑椅的设计应允许人体在工作中变换不同姿势，因此桌面下面不设计抽屉，可以使腿部有足够的活动空间，以便人们变换姿势，消除疲劳。 3.椅子的后部较高，可以给头部也有一个支撑。因为人们长时间坐在电脑桌前面的时候，劲部肯定会发生疲劳，所以为了让劲部得到充分得休息，防止出现颈椎病等，就设计了这一个部件，防止因长时间用电脑之后的头部酸痛。 4.为了给人体尺寸不同的人都能把饺子人垂直地有支撑物，就在桌子的底下设计了一个可以根据不同人的要求而可以调节高度的垫脚板，垫脚板的最主要的功能时是为了减缓腿部压力。 5.可抽拉的键盘托板，可以根据个人的需要拉出或收起来。在键盘托板拉出之后可以增加视距，消除眼睛疲劳，并且此时手肘也可以直撑在键盘托板上，使人感到方便舒适。 6.考虑到人体尺寸差异以及各种坐姿的差异以及人们坐着的时候，经常改变姿势对人体健康有力，因此座椅应当适合各种坐姿势，设计座面的高度，靠背的角度，头靠的角度，垫脚板的角度在一定范围内可调。 7.椅面的材料选用毛料，透气性好且不打滑，椅面前缘呈圆弧曲面，增加臀部的舒适感。 8.电脑作业时人体坐姿分析人在坐姿时，身体的脊柱会由站立时的 直形向拱形变化。这是因为坐姿时骨盆向后方倾转，从而使背下端的骶骨也倾转所致。这样就使得人脊柱的椎间盘受到了很大的压力，从而导致腰痛等疾病。所以在椅子的背面采用模拟人体的“ S ”型曲线，给人的腰部以一个支撑。以避免发生以上不好的情况。 9.最后考虑的是在电脑桌的旁边设计了一个书架桌，可以方便人们在操作电脑的时候，突然要用到某些资料的时候，可以直接转过椅子，在书架桌前翻阅资料和书本。相关尺寸身高体重上臂长前臂长大腿腿长眼高肩高肘高手功能高5015613510575会阴高胫骨点高坐高坐姿颈椎点高坐姿眼高6952866578坐姿肩高坐姿肘高坐姿大腿厚坐姿膝高小腿加足高6225185043坐深臂膝距坐姿下肢长臀宽两肘间宽46561053640设计分析项目个人选用数据（cm）座椅数值（cm）选用原因坐高8584考虑到下肢长85cm，由于吧台较高，又考虑人的鞋底厚，坐高要减去少量功能修正量。坐深40、2325坐深尺寸为40cm，个人臀部高度为23cm，坐深要减去大量功能修正量坐宽3443考虑臀宽尺寸34cm，加上功能修正量和心理修正量9cm靠背高3032第四根腰椎到臀部的距离为30cm，加上少量的功能修正量和心理修正量靠背宽3543考虑到肩宽35，加上部分功能修正量和心理修正量8cm脚蹬高42.548人坐着时，小腿加足高尺寸大约在60度直角三角形的斜边上，由此算出座面到脚蹬高度为37.8，减去部分的心理修正量为36，脚蹬高=84-36=48第4章电脑桌的设计设计说明：随着科技的发展，电脑已经成为了人们生活工作的必需品。电脑桌椅的需求也越来越多，桌椅样式也越发新颖多样，舒适宜人。学习人机工程学之后，我们更关注舒适度的要求，从而从舒适的角度设计了这样一款桌椅，使之更符合人的各方面因素。调研与分析：现在的办公桌椅，大多还是直线型的，这样的设计显得比较呆板，容易让人紧张和压抑。对于办公室这样工作的场合，有时候这样的设计虽然不是很舒适，但是可以渲染严谨、严肃的氛围，提高工作效率，让人集中注意力。但是，对于居家的电脑桌椅，这样的感觉显然是不合适的，居家的装备近年来，各种舒适休闲的桌椅样式层出不穷，个性化也更加突出。像有的椅子直接设计成半包围式，坐垫、扶手、靠背成毅整体圆弧行，在家里看电脑的时候可以直接半躺这，全身都比放松。但是这样的椅子对男生或者有些在家里也同样需要办公的人群并不是很合适。因此，一款美观大方、既轻松又可以多用的电脑桌椅可以满足大多数人的居家要求。方案构思、多方案的对比与抉择:矩形的桌子太没有新颖性，因此考虑圆弧形的桌子，一开始的设计全是圆弧组成，样式比较漂亮，但是全圆弧的实用性太差，而且占用空间比较多，所以考虑将两者结合。对电脑桌使用的作业环境研究光源放置要避免光线经显示器反射进入人眼引起眩光。周围环境与电脑屏幕的亮度对比不应过大，防止对比眩光的产生。 对电脑桌设计的色彩研究电脑桌的颜色，自然与主人的喜好有关，不过也应保持其与室内环境的色彩协调。不但要满足人生理的需求。还要满足人的审美需求。由于电脑屏幕较亮，若工作性质要求视线要在屏幕与桌面文件间来回转换，为了避免眼睛因明暗适应带来的误差和注意力的分散，桌面色彩和屏幕色彩明度对比不易太大，否则易引起视觉疲劳，桌面宜采用白、浅兰、浅灰灰等柔和的浅色调，这也与目前的家居环境或办公环境的浅色调相协调。 材质选用材料主要选择环保无毒的天然实木为主，尽量避免了现代材料释放有害气体，桌面的架子支撑选用不锈钢材料，有很好的承重效果。对本设计的说明：本设计的桌子采用矩形与圆弧的组合，同时具有两个方向的桌面，主要考虑将桌子摆放在靠窗的拐角处，让矩形的部分靠近窗户，电脑摆在圆形部分的一侧，这样可以让阳光斜射，采光较好，而且不至于直视太刺眼，当然，如果是傍晚或者清晨，在靠窗的桌子上看看书也是相当不错的，把窗户打开更可以得到清新的空气，解乏解困。桌子下面放主机的盒子是可移动的，因为考虑到现在笔记本给已经越来越多的取代了台式机，有的时候并不会用到主机，便可以不放置主机盒。桌子左上面的柜子可以用来放置饮料、水果、零食等吃的，或者可以放置花盆鱼缸什么的，方便或者美观。参考文献1曾富洪.产品创新设计与开发M.成都：西南交通大学出版社，20092申永胜.机械原理教程M.北京：清华大学出版社，20053张策.机械原理与机械设计M.北京：机械工业出版社，20044曾宗福.机械基础M.北京：化学工业出版社，20025吴克坚，于晓红，钱瑞明.机械设计M.北京:高等教育出版社，20036许德珠，朱起凡，吕烨.机械工程材料M.北京：高等教育出版社，20017单辉祖.材料力学教程M.北京：国防工业出版社，19828张鄂.现代设计理